Schlüsselwort: thermisches Simulationsmodell

Häufi g müssen zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit von komplexen Bauteilsystemen aus Kunststoffen Fügeverfahren eingesetzt werden, da der Komplexität der Bauteilgeometrien, die sich im Spritzgießprozess herstellen lassen, sowohl technische als auch wirtschaftliche Grenzen gesetzt sind. Der Fügeprozess selbst stellt in der Regel einen der letzten Schritte in der Prozesskette dar, daher ist dieser Schritt häufig für die Funktionsfähigkeit eines Bauteils entscheidend. Das Laserdurchstrahlschweißen konnte sich aufgrund fortschreitender Maschinen und Prozessentwicklung in den letzten Jahren zunehmend als Fügeverfahren in der industriellen Serienfertigung etablieren. Eine realitätsnahe Simulation des Erwärmvorgangs verbessert zum einen das Prozessverständnis, da eine effizientere Prozesskontrolle durch Kenntnis der Fügenahttemperaturen möglich ist. Zum anderen wird die Kenntnis über optimale Schweißprozessparameter die Prozesseinrichtung erleichtern und verkürzen, sodass auf experimentelle, zeit- und kostenaufwendige Versuche zur Bestimmung geeigneter Schweißprozessparameter verzichtet werden kann. Auch die Möglichkeit zur Berechnung des aufgeschmolzenen Volumens in der Fügenaht kann einen entscheidenden Beitrag zur Bauteilauslegung leisten. In der vorliegenden Arbeit wird daher ein thermisches Simulationsmodell entwickelt, das den Anwender des Laserdurchstrahlschweißens dabei unterstützt, den Prozess schneller und zuverlässig einzurichten. Das entwickelte thermische Simulationsmodell beschreibt den Erwärm- und Abkühlprozess während des Laserdurchstrahlschweißens von Thermoplasten für das Simultan- und das Konturschweißverfahren. Um Berechnungsergebnisse mit praxisrelevanter Genauigkeit zu erhalten, müssen die Eingangsdaten in das Modell präzise bestimmt werden. Die Eingangsdaten bestehen aus den thermischen Materialeigenschaften (spezifi sche Wärmekapazität, Dichte, Wärmeleitfähigkeit), den optischen Materialeigenschaften und den Eigenschaften der Intensitätsverteilung nach Durchstrahlen des lasertransparenten Fügepartners. Es werden dem Stand der Technik entsprechende Messsysteme zur Bestimmung dieser Eingangsdaten untersucht und ihre Übertragbarkeit auf den Laserdurchstrahlschweißprozess diskutiert. Mithilfe des Simulationsmodells lassen sich die untere Prozessfenstergrenze und Abkühlzeiten ermitteln. Das Modell stellt zudem den Einfluss von Füllstoffen (Glasfasern oder Ruß) und variierenden Herstellungsbedingungen im Spritzgießprozess gut dar.